Uma Ferramenta para Gerência de Distribuição de Mídias *

Salão de Ferramentas SBRC 2007 - Sistemas Distribuídos e Segurança 1131 Uma Ferramenta para Gerência de Distribuição de Mídias * Raoni Kulesza, Reinaldo Matushima, Daniel C. Uchôa, Samuel Kopp, Bruno Klava, Regina M. Silveira Laboratório de Arquitetura e Redes de Computadores (LARC) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) São Paulo SP Brasil {raoni,reinaldo,duchoa,samuel,klava,regina}@larc.usp.br Abstract. Nowadays the amount of digital content being produced is impressive, and this requires mechanisms for information management and distribution that consider users needs and resources optimization. In order to provide these requirements, several issues must be addressed, such as media storage and indexation, and network resources and transmission mechanisms optimization. This paper describes the design of a platform and development of a media distribution management tool by Video Management Work Group supported by Rede Nacional de Ensino (RNP) e Pesquisa. Our goal was to develop an open standard based solution that supports all these issues. Today the tool is integrated to the RNP network for tests, managing the video distribution services network. Resumo. No cenário corrente, mais do nunca, é impressionante a quantidade de conteúdo digital sendo gerado, sendo imprescindível soluções que facilitem a gerência destas informações e principalmente, mecanismos que possibilitem a distribuição destes conteúdos segundo as necessidades dos usuários, ao mesmo tempo provendo mecanismos para uso de forma ótima dos recursos envolvidos. Para suportar estes requisitos, diversas questões precisam ser tratadas tal como mecanismos avançados para armazenamento de mídias, indexação e uso dos recursos de rede e serviços de transmissão. Este artigo descreve a arquitetura de uma Plataforma de Gerência de Distribuição de Mídias e a construção de uma ferramenta desenvolvida no escopo do Grupo de Trabalho em Gerência de Vídeo da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP). O objetivo do trabalho foi desenvolver uma solução baseada em padrões abertos que conseguisse atender de forma ampla todas as questões apresentadas. A ferramenta atualmente opera em testes na rede de vídeo digital da RNP, gerenciando os serviços de distribuição de vídeo. 1. Introdução A produção e consumo de vídeos estão cada vez mais presentes em nossas vidas, seja para a documentação, divulgação ou para o entretenimento. Por este motivo há uma preocupação cada vez maior em controlar o armazenamento, distribuição e o consumo destas mídias de forma a permitir sua ampla utilização. Isto tem se tornado latente, demonstrado pela existência de diversos projetos e trabalhos em desenvolvimento nesta área. Neste contexto, durante o período de 2005/2006, através do GTGV (Grupo de Trabalho em Gerência de Vídeo), foram realizadas atividades de pesquisa e desenvolvimento para a construção de uma Plataforma de Gerência no contexto de serviços de distribuição multimídia da RNP. Na elaboração da Plataforma foram tratadas várias questões importantes relacionadas gerência dos usuários, mídias e elementos da rede de distribuição de * Projeto financiado pela RNP Rede Nacional de Ensino e Pesquisa

1132 25 Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos conteúdo. Uma das premissas foi explorar padrões abertos na área de sistemas multimídia, particularmente, MPEG-7 1 empeg-21 2, com o objetivo de suportar um ambiente interoperável e no qual novos serviços pudessem ser facilmente integrados. Além disso, estão sendo estudadas funcionalidades de personalização e adaptação de serviços baseadas em informações de histórico de uso do usuário e estado da rede de distribuição. Como resultado deste trabalho, foram desenvolvidos protótipos da Plataforma de Gerência de Distribuição de Conteúdo Multimídia e uma ferramenta para auxiliar sua utilização. A expectativa é que esta solução possa auxiliar na configuração, controle e monitoramento de distribuição de mídias utilizando recursos de forma ótima e centralizando as ações de gerência. Este artigo está organizado da seguinte forma. Inicialmente, na seção 2, são apresentados de forma sucinta, os trabalhos relacionados. Na seção 3 a arquitetura e principais módulos da Plataforma são apresentados. Seguindo na seção 4, é feita uma breve descrição da ferramenta desenvolvida e na seção 5 é apresentado o cenário de uso e testes. Por fim, são apresentadas as considerações finais. 2. Trabalhos Correlatos No contexto do GT de Vídeo Digital (GTVD) da RNP, realizado pelo Laboratório de Aplicações de Vídeo Digital (LAVID) da UFPB [Batista et al. 2005], foi desenvolvido um serviço de distribuição de multimídia explorando uma arquitetura hierárquica e distribuída de aplicações de transmissão de vídeo. Entretanto, várias questões sobre o gerenciamento da solução não foram tratadas, como por exemplo, uso de metadados padronizados e monitoração dos serviços integrados com a monitoração da rede IP. Nosso trabalho procura complementar os resultados dos esforços desenvolvidos anteriormente para tratar essas questões. O projeto ADMITS (Adaptation in Distributed Multimedia IT Systems) [Böszörményi 2002] tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema multimídia distribuído que explore questões como adaptação nas entidades que compõem a solução de distribuição de conteúdo (servidores, proxies, roteadores e clientes), provendo serviços de forma personalizada e com QoS fim-a-fim. Para tal, foram explorados desde algoritmos de codificação de mídias, bem como partes dos padrões MPEG-7 e MPEG- 21, especificamente, as funções definidas pelo DIA (Digital Item Adaptation). Em [Czyrnek 2004] é apresentada uma infra-estrutura de distribuição de conteúdo escalável e gerenciável que contempla a administração das mídias integrada com a rede de distribuição. São utilizados os descritores MPEG-7 e uma distribuição hierárquica de servidores de entrega intermediários para fornecer, entre outras funcionalidades, uma capacidade de programar antecipadamente a distribuição de vídeo sob demanda. 3. A Plataforma de Gerência A Plataforma de Gerência, desenvolvida pelo GTGV com tecnologia Java, procura atender 2 (dois) objetivos principais: (i) administração dos usuários e do conteúdo 1 O MPEG-7 trata-se de uma especificação de metadados para descrição de conteúdos multimídia. Seu objetivo é propor um modelo padronizado para descrição de mídias, permitindo a globalização e interoperabilidade destas informações [ISO 2002]. 2 O padrão MPEG-21 propõe um arcabouço aberto que atua sobre toda a cadeia de suprimentos de qualquer tipo de conteúdo multimídia. Ele objetiva prover uma série de recomendações no sentido de buscar a interoperabilidade das soluções existentes, promovendo o melhor uso das tecnologias. Considera aspectos como personalização, adaptação e controle de acesso sobre conteúdos multimídia [ISO 2004].

Salão de Ferramentas SBRC 2007 - Sistemas Distribuídos e Segurança 1133 multimídia publicado e (ii) gerenciamento (configuração e monitoração) da rede de distribuição para entrega de conteúdo multimídia. Figura 1: Arquitetura Geral do Sistema Além disso, o projeto foi baseado em padrões abertos na área de sistemas multimídia e software baseado em componentes, de forma a obter uma solução, respectivamente, interoperável com ferramentas já existentes (ou em desenvolvimento) e flexível para tratar mudanças de requisitos e heterogeneidade do ambiente [Szyperski 1999]. A figura 1 exibe uma visão geral da arquitetura e nas seções seguintes são apresentadas as descrições dos principais módulos desenvolvidos. 3.1. Administração dos Usuários e Gerência do Conteúdo Multimídia A Plataforma considera 4 (quatro) tipos de usuários: (1) Cliente, representando os usuários finais do sistema, que podem realizar busca, navegação e consumo de conteúdo multimídia; (2) Provedor de Conteúdo, que é responsável pela disponibilização (através de upload ou geração de sinal-fonte) e publicação de conteúdo multimídia (indexação e configuração de permissões de visualização); (3) Administrador, que tem a função de administrar cadastros e permissões de acesso das principais entidades (usuários, grupos, projetos, eventos, notícias, mídias) do sistema e; (4) Gerente, que trata todas as funcionalidades relacionadas à configuração e monitoração da rede de distribuição. O módulo Controle de Acesso (Figura 1) é responsável pela implementação dos mecanismos de autenticação e permissão, controlando o acesso às operações de armazenamento e recuperação das mídias, cadastros de entidades, configurações, políticas, administração e gerência do sistema. As funcionalidades de autenticação foram desenvolvidas num componente que utiliza a API Java Authentication and Authorization Service (JAAS), a qual possibilita fácil integração deste módulo a outras bases de autenticação de usuários já existentes. Para disponibilização de mídias, o módulo Publicação & Indexação permite que

1134 25 Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos os provedores do conteúdo definam a permissão de uso das mídias cadastradas, restringindo o acesso a um determinado grupo de usuários ou participantes de um projeto (acesso restrito), ou disponibilizando o conteúdo a qualquer usuário (acesso público). Também é possível o registro de eventos ao vivo, provendo mecanismos de agendamento e divulgação de transmissões multimídia. Adicionalmente, existe um mecanismo de extração automática de descritores de baixo nível do padrão MPEG-7 para auxiliar o processo de indexação de mídias e um componente que realiza a replicação do conteúdo publicado para servidores previamente configurados. Para facilitar o consumo das mídias, através do módulo de Busca, estão disponíveis duas formas de procura por conteúdo (vídeos e eventos ao vivo), uma simples, baseada em palavras-chave e outra avançada, baseada em características dos vídeos tais como formato, qualidade e taxa de transmissão. O mecanismo de busca, em conjunto com o módulo de Personalização, permite ainda incluir políticas de personalização da busca conforme preferências pré-cadastradas pelos usuários, bem como informações contextuais referentes à rede e terminal de acesso dos mesmos. Estas informações foram definidas seguindo o MPEG-21, o qual trata de um conjunto amplo de descritores de informações de contexto, parcialmente explorados neste projeto. Antes de consumir as mídias, o usuário pode verificar informações de descrição do vídeo selecionado. No processo de visualização, é possível ainda ao usuário atribuir um qualificador (nota) em relação à mídia. Neste processo, informações de acesso podem ser armazenadas no histórico do usuário, sendo associadas a seu perfil de usuário. 3.2. Gerenciamento da Rede de Distribuição No contexto da Plataforma desenvolvida, cada serviço representa uma aplicação de transmissão de mídia (sob demanda ou ao vivo) 3 que estão em execução em servidores (por exemplo, com sistema operacional Linux) numa rede de distribuição de conteúdo multimídia. Dessa forma, existem funcionalidades de gerência relacionadas aos serviços, servidores e elementos de um backbone (roteadores, switches, enlaces de rede e etc.) de uma rede. Além disso, foram consideradas 4 (quatro) áreas funcionais de gerência [Sloman 1994] 4 : (i) gerência de configuração (ii) gerência de desempenho; (iii) gerência de falhas e; (iv) gerência de contabilidade. Abaixo algumas funções dos módulos da Plataforma: Gerência de Configuração. Para implementar as funcionalidades de configuração, foram definidos 3 (três) módulos principais: Gerente de Topologia, Gerente de Sessão e Gerente de Políticas, além de um repositório (Políticas & Topologia) para armazenar as informações relacionadas aos três módulos. Com o objetivo de possibilitar melhor uso dos recursos da rede de distribuição, é necessário cadastrar e editar os elementos e processar seus relacionamentos para formar uma estrutura física e lógica da rede. Dessa forma, é possível indicar para os clientes, a partir de algoritmos de roteamento, quais elementos da rede representam o melhor caminho para transmissão da mídia de acordo com a topologia atual. Estas funcionalidades são executadas pelo Gerente de Topologia (Figura 4), que utiliza uma linguagem de configuração de topologia da rede em XSD (XML Schema Definition) e 3 Utilizamos as aplicações Dvod e Dlive [Batista, 2005], respectivamente, para vídeo sob demanda e ao vivo, desenvolvidas no GTVD pelo LAVID da UFPB. 4 A gerência de segurança não foi considerada no projeto do protótipo e está sendo tratada atualmente.

Salão de Ferramentas SBRC 2007 - Sistemas Distribuídos e Segurança 1135 com implementação baseada em [Almeida et al. 2006]. O Gerente de Sessão é a entidade encarregada do estabelecimento e monitoração das sessões de entrega por multidifusão 5. Dessa forma, o Gerente de Sessão é responsável pela inicialização e finalização das sessões, controlando a lista e monitorando o estado dos agentes de multidifusão participantes de cada sessão. Ele governa a configuração da hierarquia da árvore de escoamento, elegendo da melhor forma os agentes que deverão atender a cada sessão. Este roteamento em nível de aplicação tenta combinar o conhecimento da topologia da rede, através do Gerente de Topologia, com as métricas de interesse, observadas pelos Monitores. Aescolhado algoritmo de construção da árvore e do algoritmo de roteamento pode ser definida pelo Gerente de Políticas. O Gerente de Políticas é responsável pela definição de políticas de configuração para todos os módulos de Gerenciamento da Rede de Distribuição. Por exemplo, é nele onde são definidos e escolhidos: (i) algoritmos de roteamento do Gerente de Sessão e mecanismo de persistência utilizado pelo Gerente de Topologia; (ii) parâmetros do protocolo de controle de multidifusão por sobreposição do Gerente de Sessão; (iii) modelos (com parâmetros de iniciação) de monitoração para Monitores; (iv) modelos de estatísticas, eventos e notificação para o Barramentos; (v) mecanismo de persistência do Registrador e; (vi) política e mecanismos de acesso remoto aos módulos: Status, Gerente de Topologia, Gerente de Sessões e repositórios: Políticas & Topologias e Eventos & Estatísticas. Gerência de Falhas, Desempenho e Contabilidade. As funcionalidades relacionadas a essas 3 (três) áreas funcionais de gerência estão sob responsabilidade dos módulos: Monitor, Barramentos, Status, Registrador e do repositório Estatísticas & Eventos. Todos esses módulos foram desenvolvidos baseado no modelo de componentes apresentado em [Sauvé et al. 2001] e são ilustrados na figura 2. Figura 2: Detalhe do módulo de Barramento, baseado em [Sauvé, et al. 2001] O módulo Monitor possui um conjunto de componentes empregados (figura 2) para a aquisição de estatísticas de gerência dos elementos que formam a rede de 5 Uma sessão de multidifusão é composta pelos redirecionadores de conteúdo empregados em uma transmissão, responsáveis por repassar o conteúdo solicitado desde a fonte primária da mídia até os clientes interessados, atravessando regiões de unidifusão ou de multidifusão

1136 25 Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos distribuição, sendo responsável por disponibilizar essas informações para os outros componentes da aplicação. Atualmente, é possível gerenciar o desempenho e coletar dados dos elementos a partir de agentes de gerência que implementem protocolos de gerência padronizados 6 ou definidos pelo desenvolvedor. O Gerador de Eventos implementa algumas funcionalidades de gerência de faltas, através da verificação e identificação de eventos interessantes que ocorrem na rede (configurados pelo GerentedePolíticas). Por exemplo, detecção de falta através da manutenção do estado de elementos da rede e monitoração de limiares que possam prever a ocorrência de falhas. O Gerente de Topologia pode diagnosticar o estado de elementos da rede baseado em eventos recebidos e atualizar o seu grafo de topologia. O Notificador é capaz de enviar notificações sobre eventos para o usuário Gerente através de email. O Registrador trata a persistência das informações que são gerados pelos barramentos, tratando assim alguns requisitos de gerência de contabilidade com a possibilidade de geração de informações de histórico de utilização de recursos (por exemplo, utilização de disco rígido em um determinado servidor). Já o Status permite o acesso a informações atualizadas de desempenho ou estado de um elemento. Os barramentos de Estatísticas e de Eventos promovem a flexibilidade para as funcionalidades de monitoração do sistema. Eles diminuem o acoplamento entre produtores e consumidores de informações de monitoração e, consequentemente, facilitam o desenvolvimento de novos monitores, geradores de eventos, notificadores e mecanismos de persistência das informações (Registrador). 4. Ferramenta desenvolvida A Ferramenta de Gerência (Figura 1) desenvolvida para utilizar a Plataforma é acessível através de um Portal Web implementado com o arcabouço Struts 7 e padrões W3C (HTML e AJAX). Ele representa a camada de interação entre os usuários e todas as funcionalidades providas. Por exemplo, publicação e acesso personalizado de conteúdo multimídia, bem como gerência de todas as entidades da rede de distribuição (serviços, servidores e rede). A ferramenta, através do Portal, apresenta 4 (quatro) ambientes distintos, cada qual, associado a um dos tipos de usuários considerados. Para o Provedor de Conteúdo, a ferramenta disponibiliza mecanismos para auxílio ao processo de indexação e publicação das mídias. Para o Cliente, existem diversos mecanismos de busca personalizados para facilitar o acesso as mídias e eventos sendo transmitidos. Para o Administrador são disponibilizadas funcionalidades gerais de administração e configuração da ferramenta. Na figura 3 é apresentado um dos ambientes disponível ao Administrador, onde é possível administrar os grupos e projetos, bem como controlar os vídeos a serem publicados através da ferramenta. Para o Gerente, estão disponíveis todas as funcionalidades relacionadas à configuração, bem como monitoração da rede de distribuição. Na figura 4 são apresentadas 2 (duas) telas, na primeira (4a) é apresentado o ambiente gráfico através do qual o gerente pode editar a topologia da rede de distribuição, com possibilidade de inclusão, exclusão e edição de elementos como: nós da rede, conexões, blocos de endereço, servidores e serviços. Na segunda (4b), é exibida uma tela do ambiente de 6Exemplos: ICMP(Internet Control Message Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol), HTTP (HyperText Transfer Protocol) SOAP (Simple Object Access Protocol)eJRMP(Java Remote Method Protocol). 7 Ferramenta da Apache Software Foundation para desenvolvimento de aplicações Web com tecnologia Java.

Salão de Ferramentas SBRC 2007 - Sistemas Distribuídos e Segurança 1137 monitoração. Mais especificamente, é exibida uma tela de monitoração de um servidor que compõe a rede de distribuição de mídias. Figura 3: Funcionalidades de administração Figura 4: (a) Ambientes de configuração da topologia e (b) de monitoração da rede de distribuição 5. Testes da Ferramenta no Contexto da RNP Na primeira fase do GTGV, finalizada em outubro de 2006, uma versão do protótipo foi implantada para testes na rede de distribuição de vídeo da RNP, a qual possui servidores com o sistema operacional Linux instalados em 7 (sete) pontos de presença (PoP) e cada um com versões de aplicações de transmissão de vídeo ao vivo e sob demanda. Neste contexto, foi elaborado e executado um plano de testes com o objetivo de verificar o funcionamento correto dos requisitos (funcionais e não funcionais), levantar a necessidade de refinamentos e identificar outros pontos de integração com serviços de GTs da RNP. A partir dessa avaliação, novas versões da Plataforma e da ferramenta estão em desenvolvimento para implantação na rede de produção da RNP com o intuito de se tornar um serviço piloto. A entrega oficial e a primeira demonstração deverão ser realizadas no 8.º Workshop da RNP, que acontecerá em conjunto com SBRC 2007. 6. Conclusão Nos últimos anos tem sido crescente a preocupação com a distribuição e consumo de

1138 25 Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos mídias digitais. A evolução de sistemas monolíticos, para arquiteturas distribuídas gerenciáveis que atendam requisitos de escalabilidade e heterogeneidade é ainda um desafio na indústria e comunidade acadêmica. As propostas da Plataforma e ferramenta de gerência apresentados procuram tratar essa questão, através da utilização de padrões abertos na área multimídia e gerenciamento de toda a cadeia de distribuição de conteúdo. Para isso, foram desenvolvidas e testadas funcionalidades de controle e monitoração dos processos de publicação, recuperação, entrega e consumo das mídias. Como trabalhos futuros e em andamento, podemos citar a integração com a infraestrutura de serviços de medições pipes-br [Sampaio et al. 2006], que está sendo desenvolvida pelo GT-Medições2 da RNP, utilização de um modelo de componentes dinâmicos para os módulos da Plataforma, emprego de um protocolo padronizado para controle da distribuição em redes sobrepostas, desenvolvimento de novos componentes para a Plataforma e novas funcionalidades para a ferramenta. Agradecimentos Gostaríamos de agradecer à RNP e sua equipe pelo apoio técnico para desenvolver este projeto. Agradecemos também as equipes de GTs dos professores Guido Lemos de Souza Filho (UFPB) e José Augusto Suruagy Monteiro (UNIFACS) pela colaboração nos trabalhos de integração. Referências International Organization For Standardization ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N4980. (2002), MPEG-7 Overview, Klangenfurt. International Organization For Standardization ISO/IEC TR 21000-1. (2004), Information Technology Multimidia Framework (MPEG-21). Batista, C. E. C. F., et al. (2005), Big Video on Small Networks, In: MSAN - First International Conference on Multimedia Services Access Networks, Orlando, v. 1. p. 15-19. Böszörményi, L, et al. (2002), Comprehensive Treatment of Adaptation in Distributed Multimedia Systems in the ADMITS Project, In: Proceedings of the tenth ACM international conference on Multimedia, França. Czyrnek, M., Mazurek, C., Stroinski, M. (2004) Management and Publishing of Digital Content on the itvp Platform, In: International Workshop on Systems, Signals and Image Processing (IWSSIP 04), Polônia Szyperski, C. (1997), Component Software: Beyond Object-Oriented Programming, Addison- Wesley. Almeida, F. L., et. al. (2006), A Management and Configuration Infrastructure for RNP s Digital Video Distribution Service. In: Proceedings of International Telecommunications Symposium 2006 (ITS 2006), Fortaleza. Sampaio, L. N., et al. (2006), pipes-br: Uma arquitetura para a medição de desempenho em redes IP, In: 24º Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, Curitiba, p. 1-16. Sauvé, J. P., et al. WebManager: Transforming a Network Management Application Into a Component-Based Framework. In: Proceedings of Latin American Network Operations and Management Symposium 2001 (LANOMS 2001), Belo Horizonte. Sloman, M. (1994), Network and distributed systems management, Workingham, Addison- Wesley.